VANADIUM
SEJARAH VANADIUM Vanadium pertamakali ditemukan oleh Andres Manuel del Rio pada tahun 1801 dalam bijih timbel yang disebut
eritronium dan
menyangka bahwa
vanadium adalah logam krom tidak murni. Namun pernyataan itu dibantah oleh seorang ahli kimia Perancis yang menyatakan pernyataan Del Rio tersebut salah, dan Del Rio pun menyangka bahawa dirinya salah dan menyetujui pernyataan itu. Kemudian pada tahun 1830 unsur ini kembali ditemukan di Swedia oleh Nils Gabriel Selfstrom, beliau menemukannya bersama-sama di dalam bijih besi. Kemudian Selfstrom menamakan unsur tersebut dengan nama Vanadium, yang berasal dari kata Vanadis seorang dewi kecantikan asal Skandinavia. Logam tersebut dinamakan seperti itu karena senyawaannya yang kaya akan warna yang menjadikannya cantik.
KEBERADAAN VANADIUM DI ALAM Sekitar 136 ppm Vanadium terkandung dalam batuan-batuan pada kerak bumi. Vanadium menempati urutan kelima dalam urutan unsur transisi terbanyak di bumi, setelah unsur besi (Fe), titanium (Ti), mangan (Mn), dan Zirkon (Zr). Terdapat didalam 60 macam mineral besrama-sama dengan logam yang lain. Sumber vanadium terpenting adalah patonit (VS) yang merupakan suatu polisulfida. Vanadium juga mudah bergabung dengan
oksigen membentuk vanadat, yang terdapat pada mineral seperti: Vanadiat (PbCl2.3Pb3(VO4)2),
karnoit
(K(UO 2)(VO4).1,5
H2O,
dan
Vanadinit
(Pb5(VO4)3Cl. Vanadium juga terdapat dalam bauksit, endapan yang mengandung karbon seperti minyak mentah, arang dan pasir tar.
Vanadium merupakan unsur yang paling banyak terdapat (0,02 % kerak bumi) dan ditemukan beberapa macam bijih. Salah satu bijih yang penting secara komersil ialah V 2O5, dan bijjih yang paling kompleks. Metalurgi vanadium tidak sederhana, tetapi vanadium murni (99,9 %) dapat dihasilkan. Dalam penggunaannya vadium dibentuk sebagai logam campuran besi-vanadium, ferrovanadium mengandung 35% - 95% V. Ferrovanadium dihasilkan dengan mereduksi V 2O5 dengan silica dan penambahan besi. SiO 2 berkombinasi dengan CaO membentuk terak cair kalsium sitrat. 2 V2O5 + 5 Si {+Fe} SiO2 {p} + CaO {p}
4 V {+Fe} + 5 SiO 2 CaSiO 3 {c}
[23.5] [23.5]
Sekitar 80% produksi vanadium digunakan untuk pembuatan baja. Baja yang mengandung vanadium digunakan pada peralatan yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan, seperti pegas dan alat-alat mesin berkecepatan tinggi. Vanadium logam tidak diserang oleh udara, basa dan asam, bukan pengoksidasi selain HF pada suhu ruang. Ia larut dalam HNO 3, H 2SO4 pekat dan air baja. Vanadium tersebar luas tetapi hanya terdapat sedikit deposit yang terkonsentrasi. Vanadium terdapat dalam minyak tanah dari Venezuela, dan
diperoleh kembali sebagai V 2O5 dari debu asap setelah pembakaran. Komersil vanadium sangat murni jarang didapatkan, karena seperti titanium, cukup reaktif terhadap O 2, N 2 dan C pada suhu tinggi yang digunakan dalam proses metalurgi.
SIFAT FISIKA DAN SIFAT KIMIA VANADIUM 23 titanium ← vanadium → kromium ↑ V ↓ N b Tabel periodik
A. S I F A T F I S I K A Karakteristik Vanadium:
Nama Unsur
: Vanadium
Symbol
:V
Nomor Atom
: 23
Konfigurasi Elektron
: [Ar] 3d3 4s2
Kategori Unsur
: Logam Transisi
Golongan, Periode, Blok
: Vb, 4, d
Warna
: Logam biru - abu-abu -
keperakan
Massa Atom
: 50.9415(1) g·mol−1
Wujud
: Padatan
Massa Jenis
: 6.11 g/cm 3
Titik Leleh
:
2183 K (1910 °C,
3470 °F
Titik Didih
: 3680 K (3407 °C, 6165 °F
Kalor Pembentukan
: 21.5 kJ·mol−1
Kalor Penguapan
: 459 kJ·mol−1
Kapasitas Kalor (Pada Suhu 25 °C) : 24.89 J·mol −1·K−1
Isotope Vanadium Vanadium alam merupakan campuran dari 2 isotop, yakni Vanadium-50 sebanyak 0.24% dan Vanadium -51 sebanyak 99.76%. Vanadium-50 sedikit radioaktif, memiliki masa paruh lebih dari 3.9 x 1017 tahun. Ada sembilan isotop lainnya yang tidak stabil Sifat-sifat Vanadium murni adalah logam berwarna putih cemerlang dan lunak. Tahan korosi terhadap larutan basa, asam sulfat, dan asam klorida, juga air garam. Tetapi logam ini teroksidasi di atas 660 oC Vanadium memiliki kekuatan struktur yang baik dan memiliki kemampuan fisi neutron yang rendah , membuatnya sangat berguna dalam penerapan nuklir .
B. S I F A T K I M I A 1. Bilangan Oksidasi Vanadium memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi, yaitu 1+, 2+, 3+, 4+, dan 5+. Pada umumnya, hal ini disebabkan oleh electron yang tidak hanya keluar dari subkulit s, tetapi juga dari subkulit d yang ada dibawahnya. Bilangan oksidasi Vanadium yang paling stabil adalah 4+, namun umumnya bilangan oksidasi yang ditemukan adalah 3+. Jika vanadium berkaitan dengan unsur yang sangat elektronegatif seperti O dan F, bilangan oksidasi pada vanadium tersebut adalah yang tertinggi. Pada bilangan oksidasi
yang tinggi (diatas 4+), vanadium tidak membentuk ion sederhana, melainkan membentuk senyawa kovalen atau ion poliatom. 2. Konfigurasi Elektron Vanadium memiliki konvigurasi electron yaitu [Ar] 3d3 4s2, untuk mencapai octet (konfigurasi electron gas mulia) Vanadium akan melepaskan electron di subkulit s dan d-nya. Karena jumlah electron di subkulit d yang tergolong banyak, maka akan membutuhkan energy yang lebih besar untuk melepaskan electronelektron tersebut. Sifat-sifat fisika dan kimia vanadium sangat ditentukan oleh konfigurasi electronnya. Tingkat energi orbital d dan s kulit terluarnya hampir sama, sehingga terjadi kombinasi orbital d dan s dalam konfigurasi elektronnya. Bila unsur ini melepaskan elektron, maka yang pertama keluar adalah elektron pada orbital s, karena yang terlemah, dan kemudian diikuti oleh orbital d. Akibatnya, unsur ini dapat melepaskan satu, dua, sampai tiga electron. 3. Sifat Magnetik Vanadium bersifat paramagnetic sehingga dapat ditarik oleh medan magnet karena vanadium memiliki electron yang tidak berpasangan di dalam orbital subkulit d atomnya.
Unsur
Vanadium
Nomor Atom 23
Jumlah electron di
orbital
subkulit d 4s
3d
4s
3d
2
3
↑↓
↑ ↑ ↑
4. Potensial elektroda Vanadium Diagram potensial elektroda Vanadium VO2+ (g)
+ 1,00 V
VO2+ (ag)
+ 0,361 V
V3+ (ag)
-0,255 V
V2+
1,18V
V [kuning]
[biru]
[hijau]
[violet]
5. Sifat-sifat Ion Vanadium
Biloks Oksidasi
Sifat
Ion a
+2
Basa
V
VO
Warna
Nama Ion
+
Ion
Vanadium (11)
Ungu
(Vanadit) +3
V2O5
Basa
V
+
Vanadium (111)
Hijau
(vanadat) +4
VO2
Amfoter
VO
+
Oksovanadium
Biru
(IV) B
(vanadly)
Coklat
Hypovanadat (vanadit) +5
V2O5
Amfoter
Dioksovanadium
Kuning
(V)C
Tidak
Ortovanadat
a)
d
berwarna
Beberapa ion-ion terhidrasi dalam larutan, misalnya {V(H 2O)6}2+, {V(H2O)6}3+, {V(H2O)4}2+, dan {VO 2(H2O)6}2+.
b)
Tidak ada anion sederhana dari spesies vanadium (IV). Rumus ini adalah V 2O92-Ion ini hanya didapat pada larutan asam kuat {pH<1,5}.
c)
Ortovanadium hanya didapat pada larutan basa kuat {pH>1,3}. Pada pH lebih rendah, anionnya bersifat lebih kompleks, misalnya pirovanadat
{V 2O74-} dari pH 10 sampai 13 dan metavadanat
{VO3-}n dari pH 7 sampai 10.
6. Sifat-sifat Khusus
Jika Vanadium dipanasakan dalan gas H2 (tanpa gas lain) pada suhu 11000 oC akan membentuk vanadium hibrida yang stabil.
Vanadium reaktif dalam keadaan dingin
Jika vanadium dipanaskan, akan terbentuk V 2O yang berwarna cokelat, dipanaskan terus menerus akan terbentuk V2O3 yang berwarna hitam, kemudian V 2O4 yang berwarna biru, dan akhirnya terbentuk V 2O5 yang berwarna ungu.
Logam ini tidak bereaksi dengan air brom dan HCl dingin
Bila dipanaskan dengan Cl 2 kering terbentuk VCl 4
Akan melepaskan gas H 2 jika direaksikan dengan HF dan membentuk larutan berwarna hijau.
Vanadium dan semua senyawanya adalah beracun dan harus ditangani dengan hati-hati. Konsentrasi maksimum V2O5 yang masih diizinkan terdapat di udara adalah 0.05 (selama 8 jam kerja rata-rata selama 40 jam per minggu).
SENYAWA-SENYAWA VANADIUM 1. Senyawa V 5+ (yang tidak berwarna) direduksi dengan reduktor yang sesuai terjadi perubahan sebagai berikut : VO3-
VO2+
V3+
V2+
a) Vanadium Pentoksida, V 2O5 Dibuat dari :
Oksidasi / pemanggangan logam atau oksidanya dengan bilangan oksidasi rendah. V 2O5 sebagai hasil akhir.
Hidrolisa VOCl 3.
Pemanasan amonium vanadate.
Penggunaan :
Sebagai katalis dalam oksidasi SO 2
SO3, dalam
pembuatan asam sulfat V 2O5 2SO2 + O2
2SO3
Katalis dalam oksidasi alkohol dan hidrogenasi olefin. V2O5 +2 H2SO4 +1 C2H5OH = 2 VOSO4 +3 H2O +1 CH3CHO
b) Vanadium Pentaflourida, VF 5 Senyawa ini dinyatakan sebagai sublimat putih murni. Dibuat dengan pemanasan VF 4 dalam lingkungan nitrogen, pada suhu 3500C - 6500C. Senyawa ini sangat mudah larut dalam air atau pelarut organik. c) Vanadium oxitrikholorida, VOCl 3. Senyawa ini dibuat dengan melewatkan Cl 2 kering pada VO 3 yang dipanaskan. Senyawa titik didih 127 0C. d) Vanadium pentasulfida, V 2S5 Senyawa ini dibuat dengan memanaskan campuran vanadium trisulfida, dengan sulfur tanpa udara pada 400 0 C. Senyawa ini berupa bubuk hitam.
2. Senyawa V 4+ a) Vanadium titroksida,V 2O4 atau VO 2. Dibuat dengan pemanasan campuran vanadium trioksida dan vanadium pentoksida tanpa udara dengan jumlah molar yang sama. Senyawa ini berbentuk Kristal biru tua, mudah larut dalam asam atau basa. b) Vanadium titra flourida, VF 4. Dibuat dari reaksi HF anhirid dengan VCI 4. Reaksi berjalan mulai suhu -280C dan meningkat secara lambat sampai O 0C. fluorida ini berupa bubuk kuning kecoklatan, larut dalam air membentuk larutan berwarna biru. 3. Senyawa Vanadil. Senyawa ini berisi kation vanadil (VO+ 2) dimana bilangan oksidasinya +4, bersifat unik, berwarna biru . vanadil klorida dibuat dari hidrolisa VCI4 VCI4 + H2O → VOCI2 + 2HCI Atau dari reaksi V2O5 dengan HCI V2O5 + HCI → 2VOCI 2 + 3H2O + CI 2 Senyawa VOCI 2 bersifat reduktor kuat yang digunakan secara komersial dalam pewarnaan. Hanya E 0 dari VO+2/VO3 adalah -1volt. 4. Senyawa V+3. a) vanadium trioksida, V 2O3. Dibuat dengan mereduksi V 2O5 dengan hydrogen. V 2O3 bersifat basa, larut dalam asam memberikan ion hezaquo, V(H 2O)63+. b) Vanadium halida dan oxihalida. Vanadium triflourida, VF 3. 3H2O dibuat bila V 2O3 dilarutkan dalam HF. Trihalida yang lain adalah VCI 3 dan VBr 3, sedang VI 3 tidak dikenal. Vanadium oxihalida yang dikenal adalah VOCI dan VOBr. Keduanya tak larut dalam air tetapi larut dalam asam.
5. Senyawa V 2+ Senyawa-senyawa V 2+ berwarna paramagnetic ion V 2+ merupakan reduktor kuat. Larutan encer V 2+ (violet) mereduksi air membebaskan H2. V2+ + H+ + → V3+ + ½ H2. 6. Senyawa V +1, dan V-1 dan V0. Bilangan oksidasi ini tidak umum, distabilkan oleh ligan asam n. bilangan oksidasi +1 dijumpai pada senyawa V(C 0)6-1
PEMBUATAN VANADIUM Cara mendapakan Vanadium diantaranya adalah dengan cara ekstraksi dari beberapa senyawa yaitu :
A. D A R I
VANADINITE
Ekstrksi dari bijih ini melibatkan beberapa tahap: 1) Pemisahan PbCl2. Bijih direaksikan dengan HCl pekat, PbCl2 akan mengendap, dioxovandium chlotida (VO2Cl) tetap dalam larutan. 2) Pembuatan V 2O5. Setelah PbCl 2 dipisahkan, larutan ditambah NH 4Cl dan dijenuhkan dengan NH3, sehingga terbentuk NH 4VO3 yang bila dipanaskan akan terbentuk V 2O5. 3) Reduksi V 2O5 V2O5 direduksi dengan Ca pada 900 – 950 º C untuk memperoleh vanadium murni (Mardenand –Rich,1927).
B. D A R I
CARNOTITE
1) Pembuatan sodium ortho vanadate. Carnotite dicairkan dengan Na 2CO3, masa cair yang diperoleh diekstraksi dengan air untuk mengendapkan Fe(OH) 3, larutan dipekatkan dan didinginkan maka didapat Na 3VO4. 2) PembuatanV 2O5 Larutan yang berisi Na 3VO4 diberi NH 4Cl dan dijenuhkan dengan NH3, sehingga terbentuk NH 4VO3 (amonium metavanadate), yang dipanaskan untuk mendapatkan V 2O5. 3) ReduksiV 2O5 Dengan cara Mardenand-Rich diperoleh logam vanadium murni.
Pembuatan logam : Logam ini sangat sulit diperoleh dalam keadaan murni sebab titik cair yang tinggi dan reaktivitas terhadap O 2, N2 dan C pada suhu tinggi. Vanadium ± 99 % dapat diperoleh dengan mereduksi V 2O5 dengan Al (prosesthermit). Vanadium murni diperoleh dengan mereduksi VCl3 dengan Na atau dengan H 2 pada suhu 900ºC. VCl 3 diperoleh dari reaksi V2O5 dengan S2Cl2 pada 300ºC. Reduksi VCl 4 dengan Mg dapat memperoleh 99,3 % vanadium.
Alloy vanadium : Produk komersial vanadium adalah terutama sebagai alloy: 1. Nikelovanadium,dibuat dengan pemanasan campuran V 2O5 + NiO. 2. Cobalto vanadium, dibuat dengan mencampur endapan (dari reaksi larutan Na-vanadate dengan cobaltosulphate) dengan Na 2CO3 dalam electricfurnace. 3. Ferrovanadium. 4. Cuprovanadium Ferrovanadium dan Cuprovanadium dibuat dengan mereduksi
vanadium oksida yang dicampur dengan oksida logam Fe atau Cu dengan karbon.dalam electricfurnace.
IDENTIFIKASI VANADIUM 1. D E N G A N H I D R O G E N S U L F I D A Sampel yang mengandung logan vanadium direaksikan dengan hydrogen sulfide, tidak akan terbentuk endapan melainkan terjadi perubahan warna larutan menjadi berwarna biru (disebabkan oleh dihasilkannya ion vanadium kuadrivalen) dan belerang memisah. Zatzat pereduksi lain seperti belerang dioksida, asam oksalat, besi (II) sulfat, hidrazina, asam format, dan etanol juga menghasilkan ion vanadium (IV) (VO2+) yang berwarna biru. Reaksi ini berlangsung lambat dalam keadaan dingin, dan berlangsung cepat dalam keadaan panas. 2. D E N G A N
LOGAN
ZINK, KADMIUM, DAN ALUMINIUM
DALAM
LARUTAN ASAM
Ini mereduksi lebih jauh lagi.Larutan mula – mula berubah menjadi biru (ion – ion VO2+), lalu hijau (ion – ion V3+), dan akhirnya lembayung (ion – ion V2+). 3. D E N G A N L A R U T A N
AMMONIUM SULFIDE
Sampel yang diidentifikasi saat direaksikan dengan larutan amonium sulfida akan menimbulkan warna merah – anggur, yang disebabkan terbentuknya tiovanadat (mungkin VS 33-). Setelah larutan diasamkan , Vanadium sulfida (V 2S5) yang coklat, mengendap tak sempurna dan filtrat biasanya berwarna biru. Endapan tak larut dalam larutan alkali, alkali karbonat, dan sulfide.
KEGUNAAN VANADIUM 1. Vanadium digunakan dalam memproduksi logam tahan karat dan peralatan yang digunakan dalam kecepatan tinggi 2. Vanadium karbida sangat penting dalam pembuatan baja 3. Sekitar 80% Vanadium yang sekarang dihasilkan, digunakan sebagai ferro vanadium atau sebagai bahan tambahan baja. 4. Foil vanadium digunakan sebagai zat pengikat dalam melapisi titanium pada baja 5. Vanadium petoksida digunakan dalam pembuatan keramik dan sebagai katalis.dalam pembuatan asam sulfat proses kontak. 6. Vanadium juga digunakan untuk menghasilkan magnet superkonduktif dengan medan magnet sebesar 175000 Gauss 7. penggunaan industri pertama ekstensif dari logam vanadium adalah lebih dari satu abadyang lalu di chassis paduan baja vanadium-dari mobil Ford Model T 8. untuk membuat peralatan yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan yang tinggi seperti per mobil dan alat mesin berkecepatan tinggi.
REFERENSI Ahmad,Hiskia.(2001). Kimia Unsur dan Radiokimia.Bandung.PT.Citra Aditya Bakti.
http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/vanadium/
